JP2001074577A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2001074577A JP2001074577A JP25005799A JP25005799A JP2001074577A JP 2001074577 A JP2001074577 A JP 2001074577A JP 25005799 A JP25005799 A JP 25005799A JP 25005799 A JP25005799 A JP 25005799A JP 2001074577 A JP2001074577 A JP 2001074577A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】製造コストの低減,製造工程の合理化を図り、
鉛入りでない半田を使用することが可能な半導体圧力セ
ンサを提供する。 【解決手段】半導体基板4にダイアフラム1,歪ゲージ
2,電極部3を形成して成る感圧素子4´が絶縁基板た
るステム9に接合される。ステム9には、孔の壁面に導
電膜5が形成されたスルーホール6が配設され、スルー
ホール6に該スルーホールを封止するように溶融固化さ
れた導電材7が入る。この溶融固化された導電材7の一
部を感圧素子4´の電極3面に至らせて、該導電材7を
介して感圧素子4´の電極部3とスルーホール6の導電
膜5とが接合されている。
鉛入りでない半田を使用することが可能な半導体圧力セ
ンサを提供する。 【解決手段】半導体基板4にダイアフラム1,歪ゲージ
2,電極部3を形成して成る感圧素子4´が絶縁基板た
るステム9に接合される。ステム9には、孔の壁面に導
電膜5が形成されたスルーホール6が配設され、スルー
ホール6に該スルーホールを封止するように溶融固化さ
れた導電材7が入る。この溶融固化された導電材7の一
部を感圧素子4´の電極3面に至らせて、該導電材7を
介して感圧素子4´の電極部3とスルーホール6の導電
膜5とが接合されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
エンジン制御などに用いられる半導体式の圧力センサに
係り、高圧の液体,気体測定用に適した実装構造に関す
る。
エンジン制御などに用いられる半導体式の圧力センサに
係り、高圧の液体,気体測定用に適した実装構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の半導体圧力センサに係わる従来
技術としては、例えば、特開平10−300602号公
報、特開平11−64134号公報に開示されたものが
ある。
技術としては、例えば、特開平10−300602号公
報、特開平11−64134号公報に開示されたものが
ある。
【0003】図6にその一例の断面図を示す。図6に示
すように、感圧素子となるシリコン基板(シリコンチッ
プ)103には、ダイアフラム100,歪みゲージ10
1,電極部120が形成されている。このシリコン基板
103の外枠部103aを台座105に気密に接合する
ことで歪みゲージ101及び基準圧室130が密封され
ている。台座105は、例えばホウ珪酸ガラスよりな
り、シリコン基板103の外枠部103aと陽極接合さ
れている。
すように、感圧素子となるシリコン基板(シリコンチッ
プ)103には、ダイアフラム100,歪みゲージ10
1,電極部120が形成されている。このシリコン基板
103の外枠部103aを台座105に気密に接合する
ことで歪みゲージ101及び基準圧室130が密封され
ている。台座105は、例えばホウ珪酸ガラスよりな
り、シリコン基板103の外枠部103aと陽極接合さ
れている。
【0004】シリコン基板103は、第1のシリコン板
103−1、熱酸化膜103−2、第2のシリコン板1
03−3よりなるSOI(silicon on insulator)基板
である。第2のシリコン板103−3に電極部120と
なるシリコンパッドが複数(例えば4個)配設され、ま
た、これらの電極部120及び外枠部103aのそれぞ
れが溝121で仕切り形成されている。
103−1、熱酸化膜103−2、第2のシリコン板1
03−3よりなるSOI(silicon on insulator)基板
である。第2のシリコン板103−3に電極部120と
なるシリコンパッドが複数(例えば4個)配設され、ま
た、これらの電極部120及び外枠部103aのそれぞ
れが溝121で仕切り形成されている。
【0005】感圧素子(シリコン基板)103は、台座
105を介して感圧素子保持部材であるステム108の
一面に低融点ガラス110により接合されている。
105を介して感圧素子保持部材であるステム108の
一面に低融点ガラス110により接合されている。
【0006】台座105及びステム108には、電気的
導通を行う目的で加工したスルーホール104,106
が貫通形成されている。
導通を行う目的で加工したスルーホール104,106
が貫通形成されている。
【0007】ステム108のスルーホール106には、
リードピン107が通され、リードピン107の一端が
台座105に設けたスルーホール104内に導かれて、
スルーホール104内で半田等の接合材109を介して
感圧素子106側の電極部120に金属膜102を介し
て接続されている。スルーホール106内には、該スル
ーホール内を封止するための封止材122が充填されて
いる。
リードピン107が通され、リードピン107の一端が
台座105に設けたスルーホール104内に導かれて、
スルーホール104内で半田等の接合材109を介して
感圧素子106側の電極部120に金属膜102を介し
て接続されている。スルーホール106内には、該スル
ーホール内を封止するための封止材122が充填されて
いる。
【0008】封止材122は、ステム108が導電性を
有する材料(例えばコバール)で構成されているため、
高融点ガラスのような絶縁材料で構成することで、ステ
ム108とリードピン107との絶縁を図っている。
有する材料(例えばコバール)で構成されているため、
高融点ガラスのような絶縁材料で構成することで、ステ
ム108とリードピン107との絶縁を図っている。
【0009】上記の接合材(半田)109は、台座10
5とステム108とを低融点ガラス110を介して接合
する場合に、低融点ガラス110と同時に加熱溶融され
てリードピン107と電極部金属膜120とを下地金属
膜102を介して接合する。リードピン107の他端
は、被測定ガス112を導くセンサハウジング111の
外部にある増幅回路113に接続され、この増幅回路に
より感圧素子103が所望の出力を得ている。
5とステム108とを低融点ガラス110を介して接合
する場合に、低融点ガラス110と同時に加熱溶融され
てリードピン107と電極部金属膜120とを下地金属
膜102を介して接合する。リードピン107の他端
は、被測定ガス112を導くセンサハウジング111の
外部にある増幅回路113に接続され、この増幅回路に
より感圧素子103が所望の出力を得ている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来例では、
ステム108のスルーホール106を封止するために高
価な高融点ガラス封止材(ハーメチックシール)122
を用いている。また、台座105とステム108とを接
合するために低融点ガラス110を使用し、リードピン
107と電極部120との接合には半田109を用い
る。したがって、圧力センサに、高融点ガラス封止材,
低融点ガラス,半田といった多種類の材料を使用しなけ
ればならず、これも製造コストを高め、しかも製造プロ
セスを増やす原因となっていた。
ステム108のスルーホール106を封止するために高
価な高融点ガラス封止材(ハーメチックシール)122
を用いている。また、台座105とステム108とを接
合するために低融点ガラス110を使用し、リードピン
107と電極部120との接合には半田109を用い
る。したがって、圧力センサに、高融点ガラス封止材,
低融点ガラス,半田といった多種類の材料を使用しなけ
ればならず、これも製造コストを高め、しかも製造プロ
セスを増やす原因となっていた。
【0011】また、リードピンと電極の半田接合工程
と、ステムと台座の低融点ガラスによる接合工程を同時
に行うためには、半田として融点が低融点ガラスに近い
鉛入り半田を使用することになる。
と、ステムと台座の低融点ガラスによる接合工程を同時
に行うためには、半田として融点が低融点ガラスに近い
鉛入り半田を使用することになる。
【0012】本発明の目的は、製造コストの低減,製造
工程の合理化を図り、しかも、鉛入りでない半田いわゆ
る鉛レス半田を使用することが可能な半導体圧力センサ
を提供することにある。
工程の合理化を図り、しかも、鉛入りでない半田いわゆ
る鉛レス半田を使用することが可能な半導体圧力センサ
を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、基本的には、次のように構成される。
するため、基本的には、次のように構成される。
【0014】本発明を、図1に示す符号を引用して説明
すると、半導体基板(例えばシリコンチップ)4にダイ
アフラム1,歪ゲージ2,電極部3(図1では3a〜3
dを総称して符号3とする)を形成して成る感圧素子4
´を用いて圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、
前記感圧素子4´が絶縁基板9に接合され、この絶縁基
板9には、孔壁面に導電膜5が形成されたスルーホール
6が配設され、前記スルーホール6に該スルーホールを
封止するように溶融固化された導電材7が入り、この溶
融固化された導電材7の一部を前記感圧素子4′の電極
3の面上に至らせて、該導電材7を介して前記感圧素子
4´の電極部3と前記スルーホール6の導電膜5とが接
合されていることを特徴とする。
すると、半導体基板(例えばシリコンチップ)4にダイ
アフラム1,歪ゲージ2,電極部3(図1では3a〜3
dを総称して符号3とする)を形成して成る感圧素子4
´を用いて圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、
前記感圧素子4´が絶縁基板9に接合され、この絶縁基
板9には、孔壁面に導電膜5が形成されたスルーホール
6が配設され、前記スルーホール6に該スルーホールを
封止するように溶融固化された導電材7が入り、この溶
融固化された導電材7の一部を前記感圧素子4′の電極
3の面上に至らせて、該導電材7を介して前記感圧素子
4´の電極部3と前記スルーホール6の導電膜5とが接
合されていることを特徴とする。
【0015】なお、感圧素子4´は前記絶縁基板9に直
接接合するか或いは図5に示すように台座33を介して
間接的に接合してもよく、後者の場合には、台座33に
も前記絶縁基板9のスルーホール6に通じるスルーホー
ル34が形成され、これらのスルーホール6,34内に
前記導電材7が溶融固化されて前記感圧素子4´の電極
部3と前記絶縁基板9側のスルーホール6の導電膜5と
が接合されるものである。
接接合するか或いは図5に示すように台座33を介して
間接的に接合してもよく、後者の場合には、台座33に
も前記絶縁基板9のスルーホール6に通じるスルーホー
ル34が形成され、これらのスルーホール6,34内に
前記導電材7が溶融固化されて前記感圧素子4´の電極
部3と前記絶縁基板9側のスルーホール6の導電膜5と
が接合されるものである。
【0016】なお、これらの作用効果についは、次の実
施例の項で説明する。
施例の項で説明する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図1〜5に示した実施例を
用いて本発明の実施の形態について説明する。
用いて本発明の実施の形態について説明する。
【0018】図1(a)は本発明の第1実施例に係る縦
断面図で、図1(b)のB−B´線の箇所を断面したも
の、図1(b)は図1(a)のA−A´線を断面した図
である。
断面図で、図1(b)のB−B´線の箇所を断面したも
の、図1(b)は図1(a)のA−A´線を断面した図
である。
【0019】図1において、感圧素子4´は、半導体基
板4に、ダイアフラム1,歪みゲージ2,電極部(シリ
コンパッド)3すなわち3a〜3dを形成してなる。例
えば、エッチング加工によりダイアフラム1を形成した
第1のシリコン基板4−1(第1の半導体基板)と、熱
酸化膜4−2と、エッチング加工により歪ゲージ2を形
成した第2のシリコン基板4−3とを積層形成したSO
I基板よりなる。
板4に、ダイアフラム1,歪みゲージ2,電極部(シリ
コンパッド)3すなわち3a〜3dを形成してなる。例
えば、エッチング加工によりダイアフラム1を形成した
第1のシリコン基板4−1(第1の半導体基板)と、熱
酸化膜4−2と、エッチング加工により歪ゲージ2を形
成した第2のシリコン基板4−3とを積層形成したSO
I基板よりなる。
【0020】第2のシリコン基板4−3は、図2に示す
ようにエッチング加工により外枠部4a及び電極部とな
るシリコンパッド3a〜3dのそれぞれを仕切り形成す
るように溝32が形成され、この溝32と絶縁膜2とに
より電極部3a〜3d同士及びこれらの電極部と外枠部
4aとが絶縁されている(ただし、GND電極部3bに
ついては後述する導電材7を外枠部4aに行き渡らせる
便宜から、GND電極部3bと外枠部4aとが符号40
の連絡部を介してつながっている)。また、第2のシリ
コン基板4−3をエッチング加工して歪ゲージ2の要素
2a〜2dが形成されている。
ようにエッチング加工により外枠部4a及び電極部とな
るシリコンパッド3a〜3dのそれぞれを仕切り形成す
るように溝32が形成され、この溝32と絶縁膜2とに
より電極部3a〜3d同士及びこれらの電極部と外枠部
4aとが絶縁されている(ただし、GND電極部3bに
ついては後述する導電材7を外枠部4aに行き渡らせる
便宜から、GND電極部3bと外枠部4aとが符号40
の連絡部を介してつながっている)。また、第2のシリ
コン基板4−3をエッチング加工して歪ゲージ2の要素
2a〜2dが形成されている。
【0021】第1のシリコン基板4−1及び第2のシリ
コン基板4−3は、(100)面P型で比抵抗0.01
〜1.0Ω・cmの単結晶シリコンウエハが用いられて
おり、拡散等によって形成されたピエゾ抵抗効果の歪ゲ
ージ2の電気抵抗値は数百Ω〜数キロΩの値に設定され
ている。なお、ゲージ部2以外の配線部41もシリコン
基板4−3をエッチングにより薄肉形成したもので、配
線部41を介して各歪ゲージ2が対応の電極部3a,3
b,3c,3dに接続されている。
コン基板4−3は、(100)面P型で比抵抗0.01
〜1.0Ω・cmの単結晶シリコンウエハが用いられて
おり、拡散等によって形成されたピエゾ抵抗効果の歪ゲ
ージ2の電気抵抗値は数百Ω〜数キロΩの値に設定され
ている。なお、ゲージ部2以外の配線部41もシリコン
基板4−3をエッチングにより薄肉形成したもので、配
線部41を介して各歪ゲージ2が対応の電極部3a,3
b,3c,3dに接続されている。
【0022】ゲージ部以外の配線部41及び電極部とな
るシリコンパッド3a〜3bには、アルミスパッタなど
による金属薄膜の形成あるいはボロン等の打ち込みによ
って電気抵抗を小さくしている。
るシリコンパッド3a〜3bには、アルミスパッタなど
による金属薄膜の形成あるいはボロン等の打ち込みによ
って電気抵抗を小さくしている。
【0023】シリコンパッド3aはVcc(電源)電極
部、シリコンパッド3bはGND(接地)電極部、シリ
コンパッド3cは(+)側出力電極部、シリコンパッド
3dは(−)側出力電極部となる。このうち、GNDの
シリコンパッド3bは、既述したように連絡部40を介
して外枠部4aにつながっている。
部、シリコンパッド3bはGND(接地)電極部、シリ
コンパッド3cは(+)側出力電極部、シリコンパッド
3dは(−)側出力電極部となる。このうち、GNDの
シリコンパッド3bは、既述したように連絡部40を介
して外枠部4aにつながっている。
【0024】本実施例では、ステム9を絶縁基板で構成
し、この絶縁基板9が台座代わりとなって感圧素子4´
を直接接合して感圧素子4´を被検知圧力8のかかる方
向に受けるものである。ステム9は、例えばセラミッ
ク,ムライト等の絶縁材料よりなる。
し、この絶縁基板9が台座代わりとなって感圧素子4´
を直接接合して感圧素子4´を被検知圧力8のかかる方
向に受けるものである。ステム9は、例えばセラミッ
ク,ムライト等の絶縁材料よりなる。
【0025】ステム9には、感圧素子4´側の電極部3
a〜3dと電気的導通を図るための導電膜5付きのスル
ーホール6が複数(ここでは4個)配設されている。ス
ルーホール6の一端は各電極部3a〜3dのそれぞれに
臨んでいる。導電膜5は例えばAl膜で、スルーホール
6の孔壁面に形成され、その膜の両端は符号5´,5″
のようにステム9の両面まで延設されている。導電膜5
のうちステム9の一面(図1のステム上面側)の延設部
5´は、後述する増幅回路12との接続用の配線部とな
る。また、ステム9の他面(図1のステム下面側)の延
設部5″は、ステム9が接合材(ここでは導電材7の一
部)を介して感圧素子4´と接合する場合の下地金属膜
となるものであり、延設部5″の一部は図1(b)に示
すような感圧素子の連絡部40及び外枠部4aの対向す
る位置にも延設されている。この導電膜5の延設部5″
に対向して感圧素子の電極部3a,3b,3c,3d及
び連絡部40,外枠部4a面上にも接合用の下地金属膜
30が形成されている。
a〜3dと電気的導通を図るための導電膜5付きのスル
ーホール6が複数(ここでは4個)配設されている。ス
ルーホール6の一端は各電極部3a〜3dのそれぞれに
臨んでいる。導電膜5は例えばAl膜で、スルーホール
6の孔壁面に形成され、その膜の両端は符号5´,5″
のようにステム9の両面まで延設されている。導電膜5
のうちステム9の一面(図1のステム上面側)の延設部
5´は、後述する増幅回路12との接続用の配線部とな
る。また、ステム9の他面(図1のステム下面側)の延
設部5″は、ステム9が接合材(ここでは導電材7の一
部)を介して感圧素子4´と接合する場合の下地金属膜
となるものであり、延設部5″の一部は図1(b)に示
すような感圧素子の連絡部40及び外枠部4aの対向す
る位置にも延設されている。この導電膜5の延設部5″
に対向して感圧素子の電極部3a,3b,3c,3d及
び連絡部40,外枠部4a面上にも接合用の下地金属膜
30が形成されている。
【0026】感圧素子4´とステム9は次のようにして
接合される。
接合される。
【0027】導電膜5付きスルーホール6に導電材7
(例えば鉛レス半田)を充填した後、感圧素子4´(半
導体基板4)とステム9を重ねた状態で炉内を通して加
熱溶融させると、導電材7の一部が濡れ性の点で相性の
よい下地金属膜5″及び金属膜30の間を通り電極部3
a〜3d及び外枠部4aの全周に行き渡る〔図1(b)
の斜線で示す領域が導電材7の行き渡る領域を示してい
る〕。その結果、溶融固化された導電材7がスルーホー
ル6を封止し、該導電材7を介して感圧素子4´の電極
部3a〜3dとスルーホール6の導電膜5とが接合さ
れ、また、導電材7が外枠部4a・ステム9間の接合材
となって感圧素子4´の基準圧力室31を気密にする。
(例えば鉛レス半田)を充填した後、感圧素子4´(半
導体基板4)とステム9を重ねた状態で炉内を通して加
熱溶融させると、導電材7の一部が濡れ性の点で相性の
よい下地金属膜5″及び金属膜30の間を通り電極部3
a〜3d及び外枠部4aの全周に行き渡る〔図1(b)
の斜線で示す領域が導電材7の行き渡る領域を示してい
る〕。その結果、溶融固化された導電材7がスルーホー
ル6を封止し、該導電材7を介して感圧素子4´の電極
部3a〜3dとスルーホール6の導電膜5とが接合さ
れ、また、導電材7が外枠部4a・ステム9間の接合材
となって感圧素子4´の基準圧力室31を気密にする。
【0028】なお、導電材7は、スルーホール6を気密
に封止するので、万一ダイアフラム1が破損しても、被
測定媒体8が外部に漏れることがなく破損を検知できる
利点がある。
に封止するので、万一ダイアフラム1が破損しても、被
測定媒体8が外部に漏れることがなく破損を検知できる
利点がある。
【0029】ステム9は、圧力導入部となるハウジング
(図示省略)のフランジ11とOリング10により気密
に封止されて取り付けられ、また、ステム9のうち感圧
素子4´の取付側と反対側の面にセンサ出力の増幅回路
12が形成され、この増幅回路12が導電膜5と接続さ
れている。
(図示省略)のフランジ11とOリング10により気密
に封止されて取り付けられ、また、ステム9のうち感圧
素子4´の取付側と反対側の面にセンサ出力の増幅回路
12が形成され、この増幅回路12が導電膜5と接続さ
れている。
【0030】本実施例では、ダイアフラム1が被測定媒
体の圧力と基準圧との差圧によってたわむと、歪ゲージ
2によって電極部3cと3d間に計測すべき圧力に応じ
た電圧が発生し、これが導電材7,導電膜5を介して増
幅回路12に入力され、増幅回路12により圧力検出信
号が増幅されて出力する。
体の圧力と基準圧との差圧によってたわむと、歪ゲージ
2によって電極部3cと3d間に計測すべき圧力に応じ
た電圧が発生し、これが導電材7,導電膜5を介して増
幅回路12に入力され、増幅回路12により圧力検出信
号が増幅されて出力する。
【0031】本実施例によれば、次のような効果を奏す
る。
る。
【0032】導電材7は、ステム(絶縁基板)9に設
けたスルーホール6の気密封止、導電膜5と電極部3
(3a〜3d)との電気的接続、及びステム9と感圧素
子4´との機械的接合の役割を果たすので、これらの用
途に使用する材料の種類を少なくすることができる。ま
た、気密封止材として高価な高融点ガラスを使用するこ
となく、接合材として低融点ガラスを使用しないので、
材料コストの低減を図り、さらに、導電材7の溶融工程
で、上記したスルーホール6の封止工程、導電膜5と電
極部3(3a〜3d)との電気的接続工程、及びステム
9と感圧素子4´との機械的接合工程を同時に実現でき
るので、製造プロセスの合理化を図り、この種半導体圧
力センサの品質向上とコスト低減を可能にする。
けたスルーホール6の気密封止、導電膜5と電極部3
(3a〜3d)との電気的接続、及びステム9と感圧素
子4´との機械的接合の役割を果たすので、これらの用
途に使用する材料の種類を少なくすることができる。ま
た、気密封止材として高価な高融点ガラスを使用するこ
となく、接合材として低融点ガラスを使用しないので、
材料コストの低減を図り、さらに、導電材7の溶融工程
で、上記したスルーホール6の封止工程、導電膜5と電
極部3(3a〜3d)との電気的接続工程、及びステム
9と感圧素子4´との機械的接合工程を同時に実現でき
るので、製造プロセスの合理化を図り、この種半導体圧
力センサの品質向上とコスト低減を可能にする。
【0033】また、ステム9は、印加圧力に対する台座
の役割を果たすと同時に増幅回路12を形成するので、
部品点数を大幅に削減することができ、これもコスト低
減に貢献することができる。
の役割を果たすと同時に増幅回路12を形成するので、
部品点数を大幅に削減することができ、これもコスト低
減に貢献することができる。
【0034】また、上記したようにステム9と感圧素
子4´との接合に低融点ガラスを使用しないので、電極
部3と電気的接続を図る半田(導電材)7についても低
融点ガラスの融点と近い鉛入り半田(Pb−Sn系半
田)を用いる必要性がなくなり、接合材として使用する
導電材7に鉛レス半田を使用することが可能になる。
子4´との接合に低融点ガラスを使用しないので、電極
部3と電気的接続を図る半田(導電材)7についても低
融点ガラスの融点と近い鉛入り半田(Pb−Sn系半
田)を用いる必要性がなくなり、接合材として使用する
導電材7に鉛レス半田を使用することが可能になる。
【0035】図2(a),(b)は、本発明の第2実施
例に係る半導体圧力センサの断面図であり、断面箇所は
図1同様の箇所である。図中、図1の実施例と同一符号
は同一要素を示す(図3以降も同様である)。
例に係る半導体圧力センサの断面図であり、断面箇所は
図1同様の箇所である。図中、図1の実施例と同一符号
は同一要素を示す(図3以降も同様である)。
【0036】本実施例と第1実施例との相違点は、本実
施例では第1実施例で用いた連絡部40をなくし、感圧
素子4′の外枠部4aと電極部3a〜3dとを溝32に
より完全に遮断している点にある。したがって、スルー
ホール6の壁面に形成した導電膜5の延設部5″は外枠
部4aの対向位置まで至らず、電極部3a〜3dの対向
位置にとどまっている。
施例では第1実施例で用いた連絡部40をなくし、感圧
素子4′の外枠部4aと電極部3a〜3dとを溝32に
より完全に遮断している点にある。したがって、スルー
ホール6の壁面に形成した導電膜5の延設部5″は外枠
部4aの対向位置まで至らず、電極部3a〜3dの対向
位置にとどまっている。
【0037】そして、ステム9のうち感圧素子4′の外
枠部4aに対向する位置に外枠部4aのラインに合わせ
た下地金属膜17が形成されている。また、外枠部4a
にも上記下地金属膜17に対向するようにして下地金属
膜30aが形成されている。
枠部4aに対向する位置に外枠部4aのラインに合わせ
た下地金属膜17が形成されている。また、外枠部4a
にも上記下地金属膜17に対向するようにして下地金属
膜30aが形成されている。
【0038】感圧素子4′をステム9に接合する場合に
は、予め、下地金属膜17と30aとの間に接合材15
を非加熱状態で介在させ(この接合材15は、導電材7
と同じ材料の鉛レス半田や導電ペーストとする)、ま
た、スルーホール6内に導電材7を詰め込み、この状態
で、ステム9及び感圧素子4′を炉内に通すと、導電材
7及び接合材15が同時に加熱溶融して、導電材7はそ
の一部流出した部分が電極3a〜3dに至って該電極部
のそれぞれと接合され、また、接合材15を介してステ
ム9と感圧素子4′が接合される。
は、予め、下地金属膜17と30aとの間に接合材15
を非加熱状態で介在させ(この接合材15は、導電材7
と同じ材料の鉛レス半田や導電ペーストとする)、ま
た、スルーホール6内に導電材7を詰め込み、この状態
で、ステム9及び感圧素子4′を炉内に通すと、導電材
7及び接合材15が同時に加熱溶融して、導電材7はそ
の一部流出した部分が電極3a〜3dに至って該電極部
のそれぞれと接合され、また、接合材15を介してステ
ム9と感圧素子4′が接合される。
【0039】本実施例においても、第1実施例と同様に
高価な高融点ガラスをスルーホールの封止材として使用
することなく、また、低融点ガラスの使用もなくし、且
つ、導電材7と接合材15とを同じ製造プロセスで扱う
ことができるので、コスト的に有利である。さらに、鉛
レス半田の使用を可能にする。
高価な高融点ガラスをスルーホールの封止材として使用
することなく、また、低融点ガラスの使用もなくし、且
つ、導電材7と接合材15とを同じ製造プロセスで扱う
ことができるので、コスト的に有利である。さらに、鉛
レス半田の使用を可能にする。
【0040】また、接合材15は、導電材7と短絡しな
いように溝32を介して導電材7の最寄りの位置から少
なくとも100μm以上離しているので、被測定媒体8
が導電性の場合でも、導電材7によって接続される歪み
ゲージ2の各々の電極部3が短絡することがないため、
被測定媒体8を選ばず、センサを標準化することができ
る利点がある。
いように溝32を介して導電材7の最寄りの位置から少
なくとも100μm以上離しているので、被測定媒体8
が導電性の場合でも、導電材7によって接続される歪み
ゲージ2の各々の電極部3が短絡することがないため、
被測定媒体8を選ばず、センサを標準化することができ
る利点がある。
【0041】次に、本発明の第3実施例に係わる半導体
圧力センサを図3により説明する。
圧力センサを図3により説明する。
【0042】本実施例も図1,図2の実施例と同様にス
テム(絶縁基板)9のスルーホール6に形成した導電膜
5と感圧素子4′の電極部3(3a〜3d)とをスルー
ホール6内に入れた導電材7を介して接合するものであ
るが、異なる点は次の通りである。
テム(絶縁基板)9のスルーホール6に形成した導電膜
5と感圧素子4′の電極部3(3a〜3d)とをスルー
ホール6内に入れた導電材7を介して接合するものであ
るが、異なる点は次の通りである。
【0043】本実施例では、感圧素子4′(シリコン基
板4)の外枠部4aとステム9とを接合させておらず
(導電材7の行き渡る範囲は電極部3どまりで、図2同
様に形成した溝32によって外枠部4a面上まで行き渡
らないようにしてある)、感圧素子4′とステム9との
接合は、導電材7により電極部3と導電膜5とを接合さ
せることだけで行なっている。
板4)の外枠部4aとステム9とを接合させておらず
(導電材7の行き渡る範囲は電極部3どまりで、図2同
様に形成した溝32によって外枠部4a面上まで行き渡
らないようにしてある)、感圧素子4′とステム9との
接合は、導電材7により電極部3と導電膜5とを接合さ
せることだけで行なっている。
【0044】また、ステム9のうち感圧素子4′の在る
位置(感圧素子4′との接合面)は凹部13になってお
り、この凹部13の感圧素子周りに絶縁性のコーティン
グ材14を注入することで感圧素子4′の外枠部4aと
ステム9との間を覆うことで、感圧素子4′の基準圧力
室31の気密性を維持している。コーティング材9とし
ては、例えば、フッ素ゴムやポリイミド樹脂を使用すれ
ば、耐食性,耐熱性,絶縁性を保証する。
位置(感圧素子4′との接合面)は凹部13になってお
り、この凹部13の感圧素子周りに絶縁性のコーティン
グ材14を注入することで感圧素子4′の外枠部4aと
ステム9との間を覆うことで、感圧素子4′の基準圧力
室31の気密性を維持している。コーティング材9とし
ては、例えば、フッ素ゴムやポリイミド樹脂を使用すれ
ば、耐食性,耐熱性,絶縁性を保証する。
【0045】本実施例によれば、第1,第2実施例と同
様に、導電材7がスルーホール6の気密封止、導電膜5
と電極部3(3a〜3d)との電気的接続、及びステム
9と感圧素子4´との機械的接合の役割を果たすので、
これらの用途に使用する材料の種類を少なくし、また、
気密封止材として高価な高融点ガラスを使用することな
く、接合材として低融点ガラスを使用せず、さらに、導
電材7の溶融工程で、上記したスルーホール6の気密封
止工程、導電膜5と電極部3(3a〜3d)との電気的
接続工程、及びステム9と感圧素子4´との機械的接合
工程を同時に実現させるので、製造プロセスの合理化を
図り、この種半導体圧力センサの品質向上とコスト低減
を可能にする。
様に、導電材7がスルーホール6の気密封止、導電膜5
と電極部3(3a〜3d)との電気的接続、及びステム
9と感圧素子4´との機械的接合の役割を果たすので、
これらの用途に使用する材料の種類を少なくし、また、
気密封止材として高価な高融点ガラスを使用することな
く、接合材として低融点ガラスを使用せず、さらに、導
電材7の溶融工程で、上記したスルーホール6の気密封
止工程、導電膜5と電極部3(3a〜3d)との電気的
接続工程、及びステム9と感圧素子4´との機械的接合
工程を同時に実現させるので、製造プロセスの合理化を
図り、この種半導体圧力センサの品質向上とコスト低減
を可能にする。
【0046】さらに、ステム9に設けた凹部13にコー
ティング14を滴下する簡易な被覆工程だけで、容易に
かつ完全に基準圧力室31を密閉できる利点がある。
ティング14を滴下する簡易な被覆工程だけで、容易に
かつ完全に基準圧力室31を密閉できる利点がある。
【0047】また、被測定媒体8が導電性の場合でも、
コーティング14が絶縁性のため、導電材7によって接
続される歪みゲージ2の各々の電極部3が短絡すること
がないため、被測定媒体8を選ばず、標準化することが
できる。
コーティング14が絶縁性のため、導電材7によって接
続される歪みゲージ2の各々の電極部3が短絡すること
がないため、被測定媒体8を選ばず、標準化することが
できる。
【0048】図4に本発明に係る半導体圧力センサの実
装例を示すもので(これを第4実施例とする)、一例と
して、基本的には、半導体圧力センサは第1実施例と同
様のものを例示する。ただし、本例では、導電膜5は、
フレキシブル基板19により、エンジンや変速機のコン
トロールユニット20に接続され、歪みゲージ2の出力
は、コントロールユニット20内の基板に設けられた増
幅回路12により、所望の値に増幅され、同じ基板上の
圧力制御回路21部内に取り込まれるようにしてある。
装例を示すもので(これを第4実施例とする)、一例と
して、基本的には、半導体圧力センサは第1実施例と同
様のものを例示する。ただし、本例では、導電膜5は、
フレキシブル基板19により、エンジンや変速機のコン
トロールユニット20に接続され、歪みゲージ2の出力
は、コントロールユニット20内の基板に設けられた増
幅回路12により、所望の値に増幅され、同じ基板上の
圧力制御回路21部内に取り込まれるようにしてある。
【0049】本例では、ステム9を被測定媒体8を有す
る圧力発生器18にOリング10により直接気密封止
し、被測定媒体8は、例えば、配管を通る自動車用の燃
料、ブレーキ油、冷却水、変速機油等である。
る圧力発生器18にOリング10により直接気密封止
し、被測定媒体8は、例えば、配管を通る自動車用の燃
料、ブレーキ油、冷却水、変速機油等である。
【0050】本実施例によれば、ステム9は、増幅回路
12を囲うハウジングを必要としなくなる。なお、図4
の実装構造は、図1のほか、図2,図3及び次に述べる
図5の半導体圧力センサにも適用可能である。
12を囲うハウジングを必要としなくなる。なお、図4
の実装構造は、図1のほか、図2,図3及び次に述べる
図5の半導体圧力センサにも適用可能である。
【0051】図5は本発明の第5実施例に係る半導体圧
力センサの断面図で、感圧素子4´(半導体基板4)
は、ホウ珪酸ガラスの台座33に陽極接合され、この台
座33を介して感圧素子4´とステム(絶縁基板)9が
接合される。この接合態様は、次に述べる。
力センサの断面図で、感圧素子4´(半導体基板4)
は、ホウ珪酸ガラスの台座33に陽極接合され、この台
座33を介して感圧素子4´とステム(絶縁基板)9が
接合される。この接合態様は、次に述べる。
【0052】台座33には、ステム9のスルーホール6
に通じるスルーホール34が形成され、これらのスルー
ホール6,34内に鉛レス半田等の導電材7が溶融固化
されてつながるように入り、この導電材7により感圧素
子4´の電極部3(3a〜3d)とステム9のスルーホ
ール6の導電膜5とが電気的に接合されている。
に通じるスルーホール34が形成され、これらのスルー
ホール6,34内に鉛レス半田等の導電材7が溶融固化
されてつながるように入り、この導電材7により感圧素
子4´の電極部3(3a〜3d)とステム9のスルーホ
ール6の導電膜5とが電気的に接合されている。
【0053】感圧素子4´には、ガラス台座33に面す
る側に基準圧力室31となる空間が形成され、この空間
が陽極接合の台座33に覆われて密閉されている。本実
施例では、台座33のスルーホール34を導電材7によ
って封止しているため、この封止と上記した陽極接合に
より基準圧力室31が密閉される。したがって、ステム
9と台座33との接合は気密性を配慮する必要がない。
また、台座33のスルーホール34に導かれた導電材7
の一部が下地金属膜30を介して感圧素子4´の電極部
3(3a〜3d)と接合することで、ステム9と感圧素
子4´との機械的接合が可能になるが、さらに、本実施
例では、導電材7と同一材料の接合材16を、ステム9
側の下地金属膜5″(導電膜5の延長部)と台座33側
の下地金属膜35との間に介在させることで、ステム9
と感圧素子4´との機械的接合の強化を図っている。
る側に基準圧力室31となる空間が形成され、この空間
が陽極接合の台座33に覆われて密閉されている。本実
施例では、台座33のスルーホール34を導電材7によ
って封止しているため、この封止と上記した陽極接合に
より基準圧力室31が密閉される。したがって、ステム
9と台座33との接合は気密性を配慮する必要がない。
また、台座33のスルーホール34に導かれた導電材7
の一部が下地金属膜30を介して感圧素子4´の電極部
3(3a〜3d)と接合することで、ステム9と感圧素
子4´との機械的接合が可能になるが、さらに、本実施
例では、導電材7と同一材料の接合材16を、ステム9
側の下地金属膜5″(導電膜5の延長部)と台座33側
の下地金属膜35との間に介在させることで、ステム9
と感圧素子4´との機械的接合の強化を図っている。
【0054】本実施例においても、上記した各実施例同
様の効果を奏する。
様の効果を奏する。
【0055】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、絶
縁基板(ステム)と感圧素子を接合してなる半導体圧力
センサにおいて、従来のようにステムにリードピンを通
したりそれを気密に封止した高価な高融点ガラスといっ
たものを不要とし、また、接合材として低融点ガラスと
いった高コスト部品を使用せず、さらに製造工程の合理
化を図り得、しかも、鉛入りでない半田を使用すること
が可能な半導体圧力センサを提供することができる。
縁基板(ステム)と感圧素子を接合してなる半導体圧力
センサにおいて、従来のようにステムにリードピンを通
したりそれを気密に封止した高価な高融点ガラスといっ
たものを不要とし、また、接合材として低融点ガラスと
いった高コスト部品を使用せず、さらに製造工程の合理
化を図り得、しかも、鉛入りでない半田を使用すること
が可能な半導体圧力センサを提供することができる。
【図1】(a)は本発明の第1実施例に係る縦断面図、
(b)はそのA−A´線断面図。
(b)はそのA−A´線断面図。
【図2】(a)は本発明の第2実施例に係る縦断面図、
(b)はそのA−A´線断面図。
(b)はそのA−A´線断面図。
【図3】本発明の第3実施例に係る縦断面図。
【図4】本発明の第4実施例に係る縦断面図。
【図5】本発明の第5実施例に係る縦断面図。
【図6】半導体圧力センサの従来例の実装構造を示した
縦断面図。
縦断面図。
1…ダイアフラム、2…歪ゲージ、3(3a〜3d)…
電極部、4…シリコン基板(半導体基板)、5…導電
膜、6…スルーホール、7…導電材、9…ステム(絶縁
基板)、12…増幅回路、13…凹み部、14…コーテ
ィング、15…接合材。
電極部、4…シリコン基板(半導体基板)、5…導電
膜、6…スルーホール、7…導電材、9…ステム(絶縁
基板)、12…増幅回路、13…凹み部、14…コーテ
ィング、15…接合材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 政之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 市川 範男 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 久保田 正則 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Fターム(参考) 2F055 AA21 BB05 CC02 DD05 EE14 FF43 GG12 4M112 AA01 BA01 CA05 CA11 CA13 CA15 DA02 DA18 DA20 EA03 GA01 GA03
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体基板にダイアフラム,歪ゲージ,
電極部を形成して成る感圧素子を用いて圧力を検出する
半導体圧力センサにおいて、 前記感圧素子が絶縁性の基板(以下「絶縁基板」とい
う)に接合され、この絶縁基板には、孔壁面に導電膜が
形成されたスルーホールが配設され、前記スルーホール
に該スルーホールを封止するように溶融固化された導電
材が入り、この溶融固化された導電材の一部を前記感圧
素子の電極面に至らせて、該導電材を介して前記感圧素
子の電極部と前記スルーホールの導電膜とが接合されて
いることを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項2】 前記感圧素子には、前記絶縁基板に面す
る側に基準圧力室となる空間が形成され、この空間を密
閉するため前記感圧素子に設けた外枠部が前記導電材と
同じ材料の接合材により前記絶縁基板に接合されている
請求項1記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項3】 前記感圧素子の外枠部と前記絶縁基板と
を接合する前記接合材は、前記スルーホール内で溶融固
化した導電部材のうち前記感圧素子側のグラウンド電極
部に対応する導電部材とつながっている請求項2記載の
半導体圧力センサ。 - 【請求項4】 前記絶縁基板のうち前記感圧素子の在る
位置は凹部になっており、前記感圧素子には、前記絶縁
基板と面する側に基準圧力室となる空間が形成され、前
記凹部には前記感圧素子の外枠と前記絶縁基板間を覆う
絶縁性のコーティング材が注入されている請求項1記載
の半導体圧力センサ。 - 【請求項5】 前記感圧素子は、ホウ珪酸ガラスの台座
に陽極接合され、この台座を介して該感圧素子と前記絶
縁基板が接合され、前記台座に前記絶縁基板のスルーホ
ールに通じるスルーホールが形成され、これらのスルー
ホール内に前記導電材が溶融固化されて、前記感圧素子
の電極部と前記絶縁基板のスルーホールの導電膜とが接
合されている請求項1ないし4のいずれか1項記載の半
導体圧力センサ。 - 【請求項6】 前記感圧素子には、前記ホウ珪酸ガラス
の台座に面する側に基準圧力室となる空間が形成され、
この空間が前記台座に覆われて密閉されており、前記台
座と前記絶縁基板は前記スルーホール内で溶融固化され
た前記導電材と同じ材料の接合材を介して接合されてい
る請求項5記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項7】 前記絶縁基板のうち前記感圧素子を設け
た側と反対側の面に前記スルーホールの導電膜と接続さ
れた信号増幅回路が形成されている請求項1ないし6の
いずれか1項記載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25005799A JP2001074577A (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25005799A JP2001074577A (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001074577A true JP2001074577A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17202167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25005799A Pending JP2001074577A (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001074577A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008281401A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Toyota Central R&D Labs Inc | 力検知装置 |
JP2010504529A (ja) * | 2006-09-19 | 2010-02-12 | ローズマウント エアロスペイス インコーポレイテッド | 苛酷な環境下で使用する変換器 |
JP2012519852A (ja) * | 2009-03-03 | 2012-08-30 | エススリーシー, インコーポレイテッド | 高温用媒体適合電気絶縁圧力センサ |
US8643127B2 (en) | 2008-08-21 | 2014-02-04 | S3C, Inc. | Sensor device packaging |
-
1999
- 1999-09-03 JP JP25005799A patent/JP2001074577A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010504529A (ja) * | 2006-09-19 | 2010-02-12 | ローズマウント エアロスペイス インコーポレイテッド | 苛酷な環境下で使用する変換器 |
JP2008281401A (ja) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Toyota Central R&D Labs Inc | 力検知装置 |
US8643127B2 (en) | 2008-08-21 | 2014-02-04 | S3C, Inc. | Sensor device packaging |
JP2012519852A (ja) * | 2009-03-03 | 2012-08-30 | エススリーシー, インコーポレイテッド | 高温用媒体適合電気絶縁圧力センサ |
US8627559B2 (en) | 2009-03-03 | 2014-01-14 | S3C, Inc. | Media-compatible electrically isolated pressure sensor for high temperature applications |
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